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自動控制系統基本概念
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自動控制系統主要由哪些環節組成？
解：自動控制系統主要由檢測變送器、控制器、執行器和被控物件等四個環節組成。
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圖為某列管式蒸汽加熱器控制流程圖。試分別說明圖中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意義。
解 ：PI-307表示就地安裝的壓力指示儀錶，工段號為3，儀錶序號為07；
TRC-303表示集中儀錶盤安裝的，具有指示記錄功能的溫度控制儀錶；工段號為3，儀錶序號為03；
FRC-305表示集中儀錶盤安裝的，具有指示記錄功能的流量控制儀錶；工段號為3，儀錶序號為05。
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在自動控制系統中，測量變送裝置、控制器、執行器各起什麼作用？
解：測量變送裝置的功能是測量被控變數的大小並轉化為一種特定的、統一的輸出訊號（如氣壓訊號或電壓、電流訊號等）送往控制器；控制器接受測量變送器送來的訊號，與工藝上需要保持的被控變數的設定值相比較得出偏差，並按某種運算規律算出結果，然後將此結果用特定訊號（氣壓或電流）發送出去執行器即控制閥，它能自動地根據控制器送來的訊號值來改變閥門的開啟度，從而改變操縱變數的大小。
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試分別說明什麼是被控物件、被控變數、給定值、操縱變數、操縱介質？
解：被控物件（物件）——自動控制系統中，工藝引數需要控制的生產過程、生產裝置或機器。
被控變數——被控物件內要求保持設定值的工藝引數。控系統通常用該變數的名稱來稱呼，如溫度控制系統，壓力制系統等。
給定值（或設定值或期望值）——人們希望控制系統實現的標的，即被控變數的期望值。它可以是恆定的，也可以是能按程式變化的。
操縱變數（調節變數）——對被控變數具有較強的直接影響且便於調節（操縱）的變數。或實現控製作用的變數。
操縱介質(操縱劑)——用來實現控製作用的物料。
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如圖所示為一反應器溫度控制系統示意圖。A、B兩種物料進入反應器進行反應，透過改變進入夾套的冷卻水流量來控制反應器內的溫度不變。試畫出該溫度控制系統的方塊圖，並指出該系統中的被控物件、被控變數、操縱變數及可能影響被控變數的幹擾是什麼？並說明該溫度控制系統是一個具有負反饋的閉環系統。
解：該溫度控制系統的方塊圖
其中，被控物件：反應器；被控變數：反應器內的溫度；操縱變數：冷卻水流量。
可能影響被控變數的幹擾因素主要有A、B兩種物料的溫度、進料量，冷卻水的壓力、溫度，環境溫度的高低等。
若當反應器內的被控溫度在幹擾作用下升高時，其測量值與給定值比較，獲得偏差訊號，經溫度控制器運算處理後，輸出控制訊號去驅動控制閥，使其開度增大，冷卻水流量增大，這樣使反應器內的溫度降下來。所以該溫度控制系統是一個具有負反饋的閉環控制系統。
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如上題圖所示的溫度控制系統中，如果由於進料溫度升高使反應器內的溫度超過給定值，試說明此時該控制系統的工作情況，此時系統是如何透過控製作用來剋服幹擾作用對被控變數影響的？
解：當反應器內的溫度超過給定值（即升高）時，溫度測量元件測出溫度值與給定值比較，溫度控制器TC將比較的偏差經過控制運算後，輸出控制訊號使冷卻水閥門開度增大，從而增大冷卻水流量，使反應器內的溫度降下來，這樣剋服幹擾作用對被控變數影響。
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按給定值形式不同，自動控制系統可分哪幾類？
解：按給定值形式不同，自動控制系統可以分為以下三類：
·定值控制系統——給定值恆定的控制系統。
·隨動控制系統（自動跟蹤系統）——給定值隨機變化的系統。
·程式控制系統——給定值按一定時間程式變化的系統。
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某化學反應器工藝規定操作溫度為(900±10)℃。考慮安全因素，控制過程中溫度偏離給定值最大不得超過80℃。現設計的溫度定值控制系統，在最大階躍幹擾作用下的過渡過程曲線如題圖所示。試求該系統的過渡過程品質指標：最大偏差、超調量、衰減比、餘差、振蕩週期和過渡時間（被控溫度進入新穩態值的±1%（即900´（±1%）=±9℃）的時間），並回答該控制系統能否滿足題中所給的工藝要求？
解 ：最大偏差A=950–900=50（℃）；
超調量B=950–908=42（℃）；
由於B¢=918–908=10（℃），所以，衰減比n=B:B¢=42:10=4.2；
餘差C=908–900=8℃；
振蕩週期T=45–9=36(min)；
過渡時間ts=47min。
因為A=50℃<80℃，C=8℃<10℃，所以，該控制系統能滿足題中所給的工藝要求。
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圖a是蒸汽加熱器的溫度控制原理圖。試畫出該系統的方塊圖，並指出被控物件、被控變數、操縱變數和可能存在的幹擾是什麼？現因生產需要，要求出口物料溫度從80℃提高到81℃，當儀錶給定值階躍變化後，被控變數的變化曲線如 圖b所示。試求該系統的過渡過程品質指標：最大偏差、衰減比和餘差（提示：該系統為隨動控制系統，新的給定值為81℃）。
解：蒸汽加熱器溫度控制系統的方塊圖如下圖所示。
其中：被控物件是蒸汽加熱器；被控變數是出口物料溫度；操縱變數是蒸汽流量。
可能存在的幹擾主要有：進口物料的流量、溫度的變化；加熱蒸汽的壓力、溫度的變化；環境溫度的變化等。
該系統的過渡過程品質指標：
最大偏差A=81.5–81=0.5（℃）；
由於B=81.5–80.7=0.8（℃），B¢=80.9–80.7=0.2（℃），所以，衰減比n=B:B¢=0.8:0.2=4；
餘差C=80.7–81= –0.3（℃）。
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